网络视频流传输的内容感知AQM方法研究

摘要

随着网络技术的快速发展，用户对基于网络的实时、多媒体应用的兴趣和需求不断提高，如何发展、规划、改造现有的网络，以适应这样的变化，并满足用户多样化的需求也成为研究领域和业界需要解决的问题。区分服务(DiffServ，Differentiated Services)模型即是为解决这个问题而提出的。
　　 本文主要研究了区分服务网络中的业务分组标记算法和队列管理算法。在总结和分析现有的标记算法和队列管理算法的基础上，针对区分服务网络中已有的队列管理算法加权随机早检测WRED(Weighted Random Early Detection)对于MPEG视频流的实时传输存在弊端，本文结合MPEG-4编码特性对其进行了改进。改进后的队列管理算法进一步增强了对视频的重要数据的保护能力，并能够避免无效的视频分组传输占用宝贵的网络资源。NS模拟实验结果表明，改进算法对视频质量的提高有一定的帮助。主要研究内容包括以下几个方面：
　　 首先，本文简要介绍了当前流媒体视频传输普遍使用的视频编码标准MPEG-4及用于传输MPEG视频流的实时传输协议RTP/RTCP。在此基础上，从端系统和网络层两个方面分析了影响实时视频流传输质量的因素。
　　 其次，本文简要介绍了拥塞控制的基本概念，广泛归纳了两种TCP友好的拥塞控制机制，分别是基于探测与基于模型的拥塞控制，并比较了两种方案的优缺点。由于基于模型的方案更加适合于流媒体传输，本文着重介绍了几种基于模型的拥塞控制算法。
　　 最后，本文简要介绍了IETF在IP网络的QoS方面提供的两种最基本的服务模型，即综合业务/RSVP模型(IntServ)和区别型业务模型(DiffServ)。对区分服务网络中AF PHB的主动队列管理算法进行了重点研究，分析了几种算法在平均队长计算上的差别，探讨了WRED和RIO算法对低丢弃优先级包的保护能力，借助于可以区分出MPEG-4不同帧类型的三色标记器提供的功能，对现有的WRED算法平均队长的计算方式进行了改进。在此基础上，结合实时视频流对时延的特殊要求，在缓存接纳新到视频分组时，对其到达接收端是否超时进行早期检测，以防止无效的视频分组传输占用宝贵的网络资源，同时也有利于减少排队时延，降低后继分组超时的概率。NS模拟结果表明改进算法进一步改善了MPEG-4视频流的传输质量。